全 文 ：第 28卷第 2期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vo.l 28, No. 2
2006年 4月 Acta Ag ricu lturae Unive rsitatis Jiangx iensis A pr. , 2006
文章编号:1000 - 2286(2006)02 - 0300 -04
红毛丹外形尺寸的图像处理技术研究
章程辉 1, 2 ,刘木华 3 , 韩东海 1
　　(1. 中国农业大学 食品科学与营养工程学院 , 北京 100083;2. 中国热带农业科学院 分析测试中心 , 海南 海口
571101;3. 江西农业大学 工学院 , 江西 南昌 330045)
摘要:分别用可见光图像和 X射线图像检测红毛丹的外形尺寸 , 结果表明采用 X射线图像检测技术能较准确
地预测红毛丹的外形尺寸。
关键词:红毛丹外形尺寸;可见光图像;X射线图像
中图分类号:S668. 9　　文献标识码:A
A Study on P icture Processing Technology for
Rambutan ExternalDmi ensions
ZHANG Cheng - hui
1, 2 , LIU Mu - hua2 , HAN Dong - hai3
　　(1. C ollege o f Food Science andNu tritiona lEng ineering, China Ag ricu ltural Un ive rsity, Be ijing 100083,
China;2. Ana ly sis and Testing Center, Chinese Academy o f Tropical Ag ricu ltura l Science, Haikou 571101,
China;3. Co llege of Eng inee ring, JiangxiA griculturalUniversity, N anchang 330045 , Ch ina)
　　Abstract:U sing v isib le light image and X - ray image separately this study exam ines the ex terna l dimen-
sions of rambu tan. The resu lt indicated that X beam image exam ination techno logy could forecast the exte rna l
dimensions of rambu tanmo re accurate ly.
Key words:exte rnal d imensions of rambutan;visible ligh t im age;X - ray image
农产品的外形尺寸是农产品分级的重要依据。 Pav lidis T(1982)[ 1]提出了 2种形状识别的模式 ,一
种是结构分析法 ,另一种是外形轮廓曲线检测法 。 Sa rkarN和 Wolfe R R (1985)[ 2]利用数字图像分析
和模式识别技术研究了一种用于新鲜市售番茄的定向和根据尺寸大小 、形状 、颜色和表面缺陷分类的特
殊算法 ,用灰度梯度曲线确定番茄的方法及花萼和缺陷的位置 ,并研制成功了一种具有定向机构和合适
的照明装置的机器视觉市售番茄品质分级装置 。试验表明:可以达到或在某些情况下超过人工检测的
精度 ,分级误差为 3. 5%,精确而定量的检测将可能建立更有效的市售番茄的质量标准 ,但其速度较慢。
Guye rD E等 (1986)[ 3] 的研究表明利用图像的统计学特征进行植物识别是可行的。 Varghese Z
(1991)[ 4]使用机器视觉系统对苹果进行了果形判别的研究实验中需要将苹果的果梗 -花萼轴人为定
向 ,同时还需要采集 5幅不同角度的图像 ,在判别过程中采用图像形状分析方法 ,该方法的缺陷是和苹
果的旋转度有关 ,故而影响果形判别准确度。蔡健荣等 (2000)[ 5]利用计算机视觉开发了烟叶质量分选
系统 ,该系统对采集系统进行定标 ,控制感光度 。提取了 180个特征参数并进行选择 ,形成特征向量 ,去
除了标准样本中的奇异样本 。利用人工神经网络对多个地区进行分类 ,检测准确率在 80%以上 。其中
烟叶大小形状的特征主要有面积 、长度 、残伤及对烟叶轮廓线展开后的分布特征。黄丽华等 (2000)[ 6]
研究了利用计算机视觉进行羊绒细度检测技术 。由 CCD摄像头摄取经放大镜放大 4 000的单根羊绒
收稿日期:2006 - 02 - 14　　修回日期:2006 - 03 -16
基金项目:科技部 2004年度科研院所社会公益研究专项资金项目(2004D IB5J172)
作者简介:章程辉(1967 -), 男 ,副研究员 , 中国农业大学在读博士 ,从事热带水果无损检测。
第 2期 章程辉等:红毛丹外形尺寸的图像处理技术研究
　　图 1　X射线线扫描无损检测系统
　F ig. 1　The on - line X ray non - distructive testing system
图 2　红毛丹图像采集装置
F ig. 2　Diagram of m ach ine vision
　　　　1.光照箱;2. CCD摄像头;3. 图像数据传输线;4.电源线;
　　　　5.计算机及图像采集卡;6. 淡绿色平板;7.卤钨灯
图像 ,经过计算机对图像的处理得出羊绒的直径。这种方法克服了人工显微镜测量低效率 、高误差的缺
点 ,也实现了精确经济的测量要求。笔者 [ 7]利用 X射线图像处理及模式识别方法检测红毛丹内部品
质 ———可食率 、可溶性固形物含量。首先用阈值分割法去除红毛丹背景 ,然后用模糊 C均值聚类方法
来分割果肉区域 。红毛丹可食率以分割出的果肉区域像素个数与整个果实区域像素个数之比来表征 ,
实验结果表明 ,误判率小于 10%。红毛丹可溶性固形物含量的 X射线图像检测采用纹理特征描述的方
法 ,利用直方图矩特征和支持向量机回归方法预测红毛丹可溶性固形物含量的相关系数最高可达 87.
2%。笔者首次分别用可见光图像和 X射线图像研究红毛丹外形尺寸的大小 ,并对两种方法的误差作
比较 ,进而确定较好的方法 。
1　材料与方法
1. 1　实验样本
红毛丹鲜果来自海南省保亭县 ,样本总
数为 100颗。试验时要用游标卡尺测量 100
颗红毛丹的长轴 、短轴的尺寸。
1. 2　实验装置
用于红毛丹外形检测的 X射线检测装
置由 X射线发生装置 、X射线探测器单元和
图像处理单元 、图像处理软件 、传送机械装置
和射线防护装置等几大主要部分组成 。针对
红毛丹检测实时性和快速性的要求 ,结合国
内外用于水果检测成像硬件系统的设计经
验 ,开发了一套适合于红毛丹的 X射
线检测装置 ,如图 1所示。
可见光图像实验装置如图 2所
示 ,该系统由 CCD摄像机 、图像采集
卡 、监视器 、光照箱及计算机等组成。
2　红毛丹外形尺寸的检测
2. 1系统参数标定
标定的目的是为了确定红毛丹的
实际尺寸与采集的红毛丹可见光图像
中的像素 、X射线图像中的像素之间
的对应关系 。本研究采用标尺成像法
对检测系统进行标定 。
2. 2　基于数学形态学的实时检测红毛丹外形尺寸的方法研究
设用 ζ表示离散二维欧几里德空间 ,图像 A是 ζ的一个子集 ,结构元 B也是 ζ的一个子集 , b∈ ζ是
欧氏的一个点。
定义 1:Ab定义为图像 A被 b平移后的结果 ,表示为:
Ab{a+b |a∈ A}……
Ab中所有元素是 A中对应元素平移到以 b为原点的坐标系内的结果。
定义 2:A定义为图像 A对于图像原点的反射结果 ,表示为:
A ={-a|a∈ A}……
根据上述两个概念 ,可定义数学形态学中两个基本运算:膨胀 (dila tion)和腐蚀 (e rosion)。
定义 3:膨胀运算定义为:
A

B ={a +b|a∈ A, b∈B}∪Ab ……
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　江 西 农 业 大 学 学 报 第 28卷
a b
图 3　红毛丹图像的去背景 、二值化和区域填充
F ig. 3　The image o f rambutan a fte r rem oved
backg round, bina rization and range filling
图 4　红毛丹的形态学处理
F ig. 4　The im age o f ram bu tan afte r
mo rpho log ic operation
图 5　去除背景的红毛丹 X射线图像
F ig. 5　The X ray image o f ram butan
　　 after rem oved backg round
　　定义 4:腐蚀运算定义为:
A⊙B ={z∈ ζ|Bz A}∉ Ab ……
在定义膨胀和腐蚀运算的基础上 ,可定义数学形态学另外两个常用运算:开运算 (opening)和闭运
算 (closing)。
定义 5:A对 B的开 ,即 A被 B进行开运算的结果定义为:
A ×B ={A⊙B} B
即 A先被 B腐蚀 ,再被 B膨胀的结果。
定义 6:A对 B的闭运算 ,定义为:
A B =(A B )⊙B ,
即 A先被 B膨胀 ,再被 B腐蚀 。
开运算可用来删除图像中的小分支 ,而闭运算可填补小空穴。
红毛丹果形基本类似于椭圆 ,采用等效椭圆来表征红毛丹果形。等效椭圆是指与图形的面积和极
惯性矩相同的椭圆。等效椭圆的长轴 a、短轴 b可由图形的面积 S和极惯性矩M通过下式求得[ 8] :
a=2 (2M + 4M2 -S4 /π2)
b=2 (2M - 4M 2 -S4 /π2)
(1)
图形面积 S区域内像素的累加数 ,用下式计算:S = ∑(i, j)∈ S f(i, j) (2)
极惯性矩M按下式计算:
M = ∑(i, j)∈ S(i2 +j2)f(i, j) (3)
2. 3　红毛丹外形尺寸的可见光图像技术研究
如图 3a所示红毛丹图像来说明果形尺寸的检
测步骤:
(1)对原始红毛丹图像去除背景 、二值化 、区域
填充(如图 3a、b所示)。
(2)对红毛丹图像的进行形态学处理 ,目的是
腐蚀而消除红毛丹毛刺(图 4)。
(3)计算红毛丹区域的面积 S和极惯性矩M 。
计算时对图 4所示图像各个黑色像素进行扫描按公
式 (2)、(3)来计算黑色像素面积 S和极惯性矩M ,
进一步按公式(1)求得长轴 a、短轴 b。
2. 4　红毛丹外形尺寸的 X射线图像处理技术研究
将 X射线图像去除背景 ,计算红毛丹区域的面积 S和极惯性矩
M 。计算时对图 5所示图像各个黑色像素进行扫描 ,同样按公式
(2)、(3)来计算黑色像素面积 S和极惯性矩M ,进一步按公式(1)求
得长轴 a、短轴 b。
3　实验结果与分析
在可见光图像处理技术中 ,选 50个红毛丹用游标卡尺测量长
轴 、短轴的尺寸 ,用本算法计算长轴 、短轴 。统计表明 ,算法计
算结果与人工测量结果之间长轴的平均误差为 7. 3%,短轴
的平均误差为 8. 5%。该方法由于红毛丹图像经形态学处理
腐蚀而消除红毛丹毛刺 ,计算结果与实测结果产生较大的误
差 。但利用 X射线图像处理技术 ,同样选 50个红毛丹用游
标卡尺测量长轴 、短轴的尺寸 ,用本算法计算长轴 、短轴 。统
计表明 ,算法计算结果与人工测量结果之间长轴的平均误差
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第 2期 章程辉等:红毛丹外形尺寸的图像处理技术研究
为 3. 4%,短轴的平均误差为 2. 7%。因此 ,该方法能较准确地计算出果实的长轴和短轴 。
4　结　论
红毛丹果形为椭圆形或卵圆形 ,用可见光图像检测其外形尺寸 ,计算结果与人工测量结果之间长轴
的平均误差为 7. 3%,短轴的平均误差为 8. 5%。而用 X射线图像检测红毛丹尺寸 ,其计算结果与人工
测量结果之间长轴的平均误差为 3. 4%,短轴的平均误差为 2. 7%。主要是由于红毛丹表面带毛刺 ,可
见光图像检测时需要形态学处理目的是腐蚀而消除红毛丹毛刺 ,产生较大的误差 。因此采用 X射线图
像检测技术能较准确地预测红毛丹的外形尺寸 。
参考文献:
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(上接第 294页)
且 800mg /kg实验组与肿瘤对照组比较 ,差异显著。
3　讨　论
本实验通过给荷 S180瘤小鼠灌胃花粉多糖液 ,以观察花粉多糖液对肿瘤的抑制作用。从表 1结果
可见 ,随着实验组浓度增加 ,瘤体重量减小 ,抑瘤率提高。当浓度达 800 mg /kg时 ,抑瘤率达到 43. 63%,
与肿瘤对照组比较差异显著。同时 ,其吞噬指数与肿瘤对照组比较 ,差异也极显著 ,说明 800mg /kg能
促进网状内皮系功能 ,使碳粒清除加速 , 增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能。蜂花粉多糖作为一种天
然无毒的绿色食品 ,在抗肿瘤方面的药用价值具广阔的应用前景 ,值得深入研究和开发。
参考文献:
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